【果壳网专访】五条堀孝：和天皇一起写论文的人

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和天皇一起开实验室组会是什么感觉？当皇子的博士生导师又是怎样的感觉？虽然传统意义上的太傅制度已经不复存在，但热爱科学的日本皇室家族依然和学术界保持非常密切的关系；而日本分子生物学家五条堀孝（Takashi Gojobori），就是这样的一位宫内“讲读”。
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【果壳网专访】五条堀孝：和天皇一起写论文的人

日本分子生物学家五條堀孝。图片来源：www.nig.ac.jp
: ~9 p) M7 S5 ~9 Y五条堀博士出生于1951年，在九州大学获得博士学位，之后在美国任教十余年。现在他是日本国立遗传学研究所副所长，梵蒂冈科学院成员，明仁天皇的论文合作者，以及第二顺位皇位继承人秋筱宫文仁亲王的博士导师。但他不光是一位学术大牛，用他自己的话说，还是个有“愿景”的人。
150多年前，达尔文在《物种起源》中不但指出了演化的基本机制——自然选择，还勾勒出了整个生命世界的基本轮廓——一棵生命之树。所有生命都来自同一祖先，各自分支成数量庞大的枝条，人类就是末端的一小枝。今天，这个轮廓依然成立，但枝条间的关系却远比达尔文想象得复杂，它们之间不但同出一源，还会横向相互连通。过去几十年里，五条堀孝在这个称为“水平基因转移”的领域做出了巨大的贡献。但他相信，完整的画面会更加神奇：虽然我们熟悉的多细胞生物还能维持枝条的形状，微生物却完全连成了一片；海洋和土壤是庞大的基因丛林，遗传物质在单细胞生物之间广泛流淌，而我们则偶尔拾人牙慧获得新的演化革新。在他看来，这股力量将会超越国境线将整个人类社会联系在一起，了解它的力量将改变我们看待世界的方式。这就是他所说的“G社会”——一个围绕基因组信息而建设起来的社会。
( U% `. ]0 Y8 y7 T" |3 p- K! V去皇宫和天皇开个组会果壳网科学人：20年前，您曾经当过秋筱宫文仁亲王的博士导师。他做的是哪方面的研究呢？
五条堀孝：文仁亲王是个非常聪明的学生。他对鸡的演化起源很有兴趣。达尔文认为所有的家鸡都来自一个物种：红原鸡，这是一种红色的野鸡。但是在中国，类似的丛林野鸡有四个物种：红原鸡，绿原鸡，灰原鸡，锡兰原鸡；有些人认为家鸡可能是多种原鸡杂交的后代。文仁亲王想弄明白哪种是正确的，所以他想去西双版纳收集家鸡和野鸡的样本。我联系了中国政府和云南省政府，用了三年时间，终于取得了许可。最后政府同意了，文仁亲王，纪子王妃，还有我们一行大约30人一起来到了中国，在云南呆了两周时间，研究家鸡的起源，收集了许多信息。我永远忘不了中国人的好客，他们把我们招待得好极了，展现了当地的文化，也帮助我们做研究；亲王到现在也都念念不忘。
之后他就写了论文，收集了120多个样本做了线粒体DNA测试，建立了系统发育树。结果表明，所有的家鸡都是红原鸡这一种野鸡的后代。当然，我们还要用核基因做进一步确认。但就目前的证据而言，文仁亲王证明了所有的家鸡来自一个物种。所以达尔文是对的。文仁亲王发表了四篇《美国国家科学院院刊》（PNAS）论文，他现在还在写文章。
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秋筱宫文仁亲王和文仁亲王妃纪子。图片来源：www.thedaily.sk

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文仁亲王和五条堀孝等人关于家鸡演化起源的论文之一，1996年发表于PNAS上。图片来源：论文截图
3 L9 K2 Z# M5 l5 j: f果壳网科学人：天皇本人也是优秀的科学家，还有物种以他命名。你和他有过合作吗？
五条堀孝：大约15年前，亲王给我打了个电话，说他的父亲，日本天皇，想见见我。天皇陛下是著名的鱼类学家。他想和我讨论鱼的基因组问题。从那之后我就和天皇一起做研究工作了，现在，比起亲王，我和天皇的关系可能还更近一点。我们一起发表了两篇论文，很快就要发表第三篇了。天皇是第一作者，我是通讯作者。
2 P, X/ S% g2 g0 u9 |! J: M果壳网科学人：所以天皇和亲王现在还在从事研究工作吗？
9 a$ Z1 N1 c; |1 e4 ^五条堀孝：是的。天皇陛下是个非常好的人，也是个优秀的科学家。每三四个月，我都会去皇宫和天皇开一个组会。在场的一般只有天皇、亲王、我，还有其他几个人。天皇和亲王的关系非常亲密，他们很喜欢讨论科学问题。

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明仁天皇第一作者、文仁亲王第二作者、五条堀孝通讯作者，关于虾虎鱼演化的论文，2008年发表在《基因》上。注意明仁天皇的通讯地址…… 图片来源：论文截图
果壳网科学人：感觉不像是和皇室相处。
% Y: b8 b; ^4 i$ \五条堀孝：更像个科学世家。天皇有时候会给我们做甜点。
5 Y3 R) {. W7 p( T  I% R果壳网科学人：你的导师是著名的演化遗传学家木村资生，所以在学术上也可以算是“世家”了吧。
五条堀孝：其实我并不是他的“学生”。木村先生看我的博士论文，邀请我加入了他的研究所，还给我以很大的照顾——但他一辈子一个学生也没“带”过。他的信念是，如果后辈比他做的好，他就会花时间和精力照顾后辈；但如果他自己做的比后辈好，那他就应该自己做。所以他从来不用学生的概念束缚自己，有前途的人他自然会关照。
# L4 m/ i9 {% O: P; k: e5 S  h( x" n果壳网科学人：像对待同事一样。
五条堀孝：是的，我很赞赏这一点。他不带学生的原则在别人看来可能有点奇怪，但这是因为他是个很专注的人。他把他的事业作为他对社会贡献的方式，这是他的第一优先级，与之违背的东西他通常都不会去做。
; w9 _  B. ~; G1 a' V& p0 J果壳网科学人：不过你还是接受了文仁亲王当学生。
五条堀孝：我自己的立场有所不同，我还是带学生的，因为学生很年轻，将来他们也许能做得比你更好呢。
果壳网科学人：你们的皇室大概是全世界科学素养最高的了。你觉得他们对科学的兴趣有助于提升全日本对科学的关注程度吗？
五条堀孝：当然，但很多日本人仍然不知道我们的皇室家庭这么热爱科学。我很愿意公开宣布，我们的天皇和亲王是很优秀的科学家，我大概应该好好宣传一下这一点，很多日本人都不知道。
果壳网科学人：他们没看过天皇的论文。不过我们的专访发表之后就会有很多中国人知道了。
五条堀孝：（笑）是啊。
生命树其实是个网果壳网科学人：您本人的很多研究是集中在海洋微生物的领域。这么不起眼的东西是如何吸引了你的呢？
7 i! }$ R% F  m& v五条堀孝：海水在很多人看来非常无聊，好像哪里的海水都一样。但其实，海洋环境的异质性非常强。就算是在海水中，也有很多不同的分区，因为洋流和潮汐有各种各样的变化。比如我现在所研究的红海吧。这里盐度很高，温度也很高，就算你到两千米深的海底，水温还是25度。但是如果你到亚洲的海洋，那就很不一样了，北方的海水非常冷，南方非常热。有些地方有许多的海洋生物，有些地方鱼都没有几条。
  }- ?: D! j/ [, M/ G/ m海洋的环境差异比我们以为的大很多，而我认为其中很重要的因素是，海洋微生物的异质性非常的高。当然，如果我们去陆地上的土壤寻找微生物，大概也会发现很高的异质性。但是毕竟地球的70%是被海水覆盖的嘛。因此在这里寻找生物多样性是十分自然的。
1 c# u! c9 }- v9 b5 L说起来，日本人似乎喜欢同质性，评价体系集中在单一的侧面。如果一个领域很好，那么所有人都会做这个领域。但譬如说美国这样的地方，异质性很强，所有人都在做不同的事情，每一所大学都有自己的特点。这个文化极其重要，而中国有很多大学，在这一点上有很大的潜力，不需要在一个侧面垄断。作为正在研究基因组信息的人，我想说多样性才是重要结果的来源。
5 c: x$ C7 }& b2 C% e4 M果壳网科学人：那么你们发现了什么奇特的东西吗？
五条堀孝：最近我们发现了一种藻类，它有一个非常特别的眼睛结构，甚至连晶状体都有。这只是个单细胞生物，但是却有相当好的眼睛。我们收集了这些植物，分离出了DNA。我们发现了视紫红质，这是一种光敏蛋白。

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Erythropsidinium属的藻类虽然是单细胞，但却拥有奇特的眼睛结构，有“晶状体”和“视网膜”。图片来源：论文截图
0 `* t: X; l3 ?4 ]  W果壳网科学人：就像人眼睛里的那种？
8 K0 S# @6 S2 S  ]8 p2 p) C& B' F五条堀孝：我们在这种植物里发现的，是I型视紫红质。这很不正常。细菌这样的原核生物才应该有I型，从藻类到人类在内的真核生物，照理说应该都是II型。可是这种有晶状体的植物，它拥有的就是I型——它通过某种方式，从原核生物里夺取了这个基因。我们猜测是它从蓝细菌那里抢来的。
虽然这个藻类的光系统应该不是我们眼睛的直接祖先，但它里面包含的基因可能对后来复杂眼睛还是有贡献的。然而，这些基因并不是单一来源，而是来自许多不同的地方。达尔文说，演化是从祖先到后裔的逐渐变化，但这可能并不是事情的全部。许多时候，我们是横向从细菌和别的地方获得了基因，组成了有趣的系统。海洋中很多生物，在基因意义上都是我们的祖先。
+ O, K( O: l! s3 X; n我们估计地球上的总基因数可能在10^15到10^20之间。相比之下，人类的基因大约只有2.3万-2.4万个。如果我的假说是正确的，那么地球上这些数量庞大的基因就是一座宝库，在演化进程中你就能从整个宝库吸取营养，而不仅仅是你的直系祖先。像人类这样的物种，之所以能够成功，也许是因为38亿年来海洋和土壤里积蓄了数量如此巨大的基因吧。那么，探索一下海洋里的浮游生物都有怎样的基因，细菌有怎样的基因，和老鼠的眼睛、老鼠的大脑乃至我们的大脑相比较，就很有意思了。这样的元基因组分析，也许能解答连达尔文都无法回答的问题。
7 @5 R0 D( I1 m4 @7 i  A果壳网科学人：那样的话，也许我们传统意义上的物种概念都不复存在了。
. r* k- B" v3 y6 s  \! V& ^五条堀孝：当然。如果你只看短时间内的事情，比如100万年，1000万年，的确能看到一群群互不相同的生物，你可以称之为物种。但是在更长的演化中，你看到的生命树并不是真的树，而是网络——都是因为基因水平转移。
5 ]: B* a$ I: ]0 P- }果壳网科学人：林恩·马古利斯就很强调基因在物种之间转移的作用。
五条堀孝：是的，她的影响很大。她开始研究的时候，人们对于水平基因转移还一无所知。内共生看起来涉及到很多基因交换，所以人们觉得这样的交换是非常罕见、非常稀有的事情，就算在演化漫长尺度下也少见。但是，2004年，我们在《自然·遗传学》上发表了一篇论文，发现原核生物的基因组里至少15%是来自近期的水平基因转移的。15%是一个最低限度的估计，因为一旦基因转移了，就会发生突变，最终让它看起来是它自己的基因组，难以分辨。我们能做的只是检测到最近的转移而已。当然，我说的最近，是最近1500万到2000万年这个尺度上的最近了，但我相信，至少根据我们的初步结果来看，地球上发生了数量巨大的水平基因转移，特别是在海洋中。浮游生物，细菌，甚至是海洋噬菌体，这一转移过程是巨大的。如果你取一份海水样本，分离其中的DNA，30%来自病毒，都是我们几乎不了解的东西！
9 V( `# s; e) I# V' A% G8 q果壳网科学人：所以自然界其实时时刻刻都在发生某种“转基因”。
五条堀孝：我还记得有一天我在东京坐地铁，我身边坐着两位带孩子的妈妈在聊天，一位妈妈在说，“我可不想让我的孩子吃到DNA。”
果壳网科学人：啊？
3 }$ \7 T6 P; J( w8 W1 g, m6 f五条堀孝：饭，菜，肉——到处都是DNA呀！她怎么能说出这样的话呢？她显然完全误解了DNA是什么东西。现实中，不管是中国还是日本，市场上都有很多转基因的产品——比如转基因的大豆制品，价钱只有几分之一，你要是一定要“天然”的，那就贵好多。但是我想，50年之后，我们有了更好的技术和工具时，转基因作物会更加广泛。当然，这过程中是有可能出现意外的，但迄今为止我还没有听说过任何意外发生。
, F4 h) U# v  h0 w但我觉得问题是，科学家有责任面向公众解释，它是如何诞生的，我们当然也应该理解公众的可能恐惧。曾经有篇论文说转基因玉米花粉会杀死帝王斑蝶，其实那个实验非常初步，并不足以说明问题，作者也知道这一点，但这篇论文还是得到了媒体的广泛传播，让转基因显得很危险。后来的每一篇论文都表明实际上转基因作物没有威胁到帝王斑蝶，而所有认为转基因作物有毒的研究都被反驳了。这不光是公众那一面的责任，这也是科学家解释的责任。
; I& A+ R* H8 K5 G: q1 h7 dG社会 新世界果壳网科学人：因此，你的观点是，这些简单的生命不断地交换和改变基因，而我们这些复杂生物则把基因捡起来。
五条堀孝：是的，我们的基因组里装满了死掉的病毒，可能80%甚至90%的非编码区域都是塞满病毒的。因此我所说的不光是基础科学领域的问题，不光是达尔文都无法想到的范式转移，还是关于人健康的问题。这些微生物异质性和公众健康问题息息相关。比如霍乱的病原体是霍乱杆菌Vibrio cholerae，但Vibrio属下还有很多和它关系密切的细菌是在海里。这个病原体看起来就是来自海洋微生物的。
/ \- b# O, a: ]7 `8 J果壳网科学人：如果微生物真的如此基本，那么是不是我们看待生命世界的方式都会不同了？
) w2 E; R. f: L$ x" w4 x0 u五条堀孝：不仅仅是生命，还包括我们的社会。我希望提出一个想法，一个愿景。我称之为“面向基因组信息的社会”，简称G社会。如之前所言，海水中大量的DNA和生物，土壤中也是如此，这些生物决定着农业的面貌。我们现在正在研究空气中的元基因组，就像沙特、中国和日本的沙尘暴。这对阻止生物恐怖袭击也有意义，空气基因组就能很容易发现生物武器。
而且在我们体内有大量的微生物。人体有2000亿个细菌，而我们自己的细胞才不到600亿。如果你从基因组信息的角度来看，你能看到许多未探索的领域。
我们需要考虑建设一个监控系统，监控环境中的空气，不光是大气污染物，还有其中的细菌。海水里也一样，渔业的状况取决于这些细菌数量的增减。监控土壤微生物将会改变农业的面貌。我想我们的未来将被这些信息改变。我并不是说社会是由微生物组成的，但是利用微生物全基因组的信息，我们将拥有一个全新的视角，我们将看到新的社会，新的世界。
! L' b2 W; |4 [我的信念是，仅仅预测未来是不够的，我们要把社会引向更好的未来。以我的年纪，应该为你们这一代人负责了。我想你们这一代人已经成为了社会活动的主要角色。中国？日本？还是美国？这都无关紧要，你们要为可持续的发展负责，要为人类能以明智的方式存活下去而负责，所有的人都应该能从这个视角看问题。而基因组能够为我们带来大量的资源，大量的信息，让我们的世界更加明智，更加有生产力。这就是我所谓G社会的愿景。
果壳网科学人：你说服了你的同事吗？
9 a% p5 S% o; i( |1 m# o五条堀孝：（笑）还没有。他们都说我是“说大话”。但是我相信，作为科学家，应该有一个愿景。的确，科学是无数小发现组成的，只说长远打算没有用，但是你也不能把自己困在墙里，我们要敞开来说话。特别是，我们不能成为置身事外的观察者。社会十年之后可能变化，但是我们不能成为观察者，我们应当成为创造新社会的主要角色。我希望的未来是一个考虑了基因组信息的未来。现在，我们已经很在乎我们的环境了，但是环境不只是物理和化学的环境，微生物的环境同样重要。如果我们能监视到病毒如何出现，如何死灰复燃，我们就能在疾病流行开来之前捕捉到它们的踪迹。全球来看，我们的食物十分稀缺，如果像非洲这样的地方食物供应量上升，他们能够过得更好。海洋将是食物生产的新边疆，不光有鱼，还有各种各样的藻类——但这一切，都必须考虑到海洋微生物。
3 I1 W8 f( z1 D6 u7 L果壳网科学人：要检测这样大规模的基因组，是否也意味着用大数据的方法来研究？
3 x7 I1 f/ f* {* M" P) z  y! N五条堀孝：显然，就算在科学家圈子里，何为大数据的定义也都不一样。但是我的定义是：大数据就是需要使用计算机进行专门特别处理的数据。不光是科学家使用的数据，任何计算分析、定量的过程，我都管它叫大数据。大通常也意味着数据复杂性，因此我想对于遗传信息来说，大数据是提取重要信息的关键。比如，通过监控空气中的基因组来鉴别哪些可能是病原体，这就是大数据。海水和元基因组也是，我们要大量使用计算的方法。中国的天河二号已经连续四年是最快的计算机，这样的设施对于分析大数据肯定有巨大的价值。
果壳网科学人：而这样的研究应该也需要许多国际合作吧。
4 Y+ d  q6 y" R/ O五条堀孝：我尤其希望看到更多的中日合作。我知道现在中国和日本之间的政治关系依然面临着困难，但是我想二十、三十、五十年之后，亚洲应该成为世界的领袖，而中国和日本都将在其中扮演重要角色。我想，我们应该超越政治纠纷，共同分析像海水这样的数据。政治当然十分复杂，但中国的水和日本的水都是水。
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【果壳网专访】五条堀孝：和天皇一起写论文的人

五条堀孝（左）和果壳科学人编辑的合影。
游识猷和Stellasun对本采访亦有贡献。

hjfflash

总觉得怪怪的。会用拉丁语发文章吗？

蓝西

话说最后那张照片，笑得好开心的ent与一脸无奈的五条先生形成了鲜明对比啊，ent到底对五条先生做了啥。